Tarkastusmenetelmät. ValuAtlas Suunnittelijan perusopas Seija Meskanen, Tuula Höök

Transkriptio

1 Tarkastusmenetelmät Tuula Höök, Tampereen teknillinen yliopisto Seija Meskanen, Teknillinen korkeakoulu Valimossa tarkastetaan valukappaleet niiltä osin kuin asiakas on tilauksen yhteydessä esittänyt vaatimuksia. Yleensä vaatimuksena esitetään vähintään, että: valukappaleen on vastattava (sovituilta osin ja määrättyjen toleranssien rajoissa) piirustuksissa annettuja mittoja ja muotoja valumateriaalin kemiallisen analyysin ja/tai mekaanisten ominaisuuksien on vastattava standardissa tai muussa spesifikaatiossa annettuja arvoja valuraudoilta vaaditaan lisäksi useimmiten, että valumateriaalin on vastattava mikrorakenteeltaan standardissa tai muussa spesifikaatiossa annettuja arvoja Näiden lisäksi voidaan vaatia esimerkiksi, että: valukappaleen pinnankarheus on tietynlainen joko kauttaaltaan tai tiettyjen, piirustuksiin merkittyjen pintojen osalta piirustuksiin merkityissä valukappaleen pinnoissa ei saa olla määrättyä enempää pintavikoja; pintavikojen tyyppi voidaan eritellä piirustuksiin merkityissä valukappaleen osissa ei saa olla määrättyä enempää sisäisiä vikoja; vikojen tyyppi voidaan eritellä valukappaleen on oltava painetiivis Valuille käytettävät yleisimmät tarkastusmenetelmät ovat: 1. Mittatarkastus 2. Valumateriaalin standardinmukaisuuden osoittaminen. Yleensä analysoitavaksi otetaan yksi sulanäyte jokaisesta sulaerästä. 3. Valumateriaalin mekaanisten ominaisuuksien tarkastaminen koesauvan avulla. 4. Valukappaleen pinnankarheuden ja pintavikojen tarkastaminen silmämääräisesti tai pinnankarheuden osalta myös mittalaitteen avulla. Pintavikoja voidaan tarkastaa myös magneettijauhe- tai tunkeumanestemenetelmällä. 5. Valukappaleen sisällä olevien vikojen tarkastaminen ultraäänilaitteistolla tai joissain tapauksissa radiografialaitteistolla. 6. Valukappaleen painetiiveyden tarkastaminen. Tarkastettavaksi otettavien kappaleiden lukumäärä, tehtävät tarkastukset ja hyväksymiskriteerit sovitaan tilauksen yhteydessä. Valimon kanssa voidaan sopia esimerkiksi, että: tilauksen yhteydessä esitettyyn piirustukseen merkittyjen mittojen pitävyys tarkastetaan alustavista näytekappaleista tai aloituskappaleista valumateriaalin kemiallinen analyysi tarkistetaan jokaisesta sulatuserästä valumateriaalin murtolujuus, myötöraja ja venymä tarkastetaan standardin mukaisella vetokokeella jokaisen sulatuserän kuudennen kappaleen yhteydessä valetusta koesauvasta; hyväksymiskriteereinä ovat materiaalistandardissa esitetyt arvot piirustukseen merkitty kohta tarkastetaan ultraäänilaitteella jokaisen sulatuserän kuudennesta valukappaleesta; hyväksymiskriteerit on kirjattu tilauksen yhteydessä tehtyyn sopimukseen Tarkastusmenetelmät - 1

2 kaikki kappaleet tutkitaan silmämääräisesti pintavikojen varalta piirustukseen merkityiltä kohdilta; hyväksymiskriteerit on kirjattu tilauksen yhteydessä tehtyyn sopimukseen Mittatarkastus Valukappaleen tarkastettavat mitat tulee merkitä selkeästi tilauksen ja tarjouspyynnön yhteydessä toimitettaviin mittapiirustuksiin. Periaatteessa muita kuin näihin piirustuksiin merkittyjä mittoja ei tarkasteta. Piirustuksiin merkitsemättömien mittojen yhteydessä ilmenneisiin puutteisiin ei voi suoraan vedota siten, että vaatisi valukappale-erää hylättäväksi. Valukappaleen tilaaja toimittaa valimoon mittapiirustusten lisäksi tilattavan kappaleen 3D- CAD mallin. 3D-CAD-malli on välttämätön kaavaus- ja muottityökalujen valmistuksessa, mutta se ei ole pätevä dokumentti mittatarkastuksen pohjaksi ellei toisin ole selkeästi sovittu. Valukappaleen mittojen ja muotojen pitävyys tarkastetaan yleisimmin standardissa SFS-EN 8062 esitettyihin toleranssiasteisiin vedoten. Mitat tarkastetaan kappaleen koosta, valumenetelmästä ja mittaukselle sovituista tavoitteista riippuen esimerkiksi tulkilla, työntömitalla, koordinaattimittauskoneella, kamerajärjestelmällä tai suurikokoisilla kappaleilla jopa rullamitalla. Tuotantoerä voidaan hyväksyä tarkastamalla mitat alustavista näytekappaleista tai aloituskappaleista. Suurimmat virheet ja ongelmat tulevat yleensä esille jo näiden ensimmäisten kappaleiden kohdalla. Mitanpitävyyttä seurataan tämän jälkeen tietyn, tilauksen yhteydessä sovitun menettelyn mukaisesti. Mitanpitävyyteen voi suurilla sarjoilla vaikuttaa esimerkiksi kaavaus- ja muottityökalujen kuluminen. Mekaanisten ominaisuuksien tarkastaminen Mekaaniset ominaisuudet tarkastetaan, jotta voidaan todentaa valumateriaalin olevan niiden suhteen standardin mukaista ja oikealla tavalla valmistettua. Valumateriaalistandardeissa asia ilmoitetaan yleensä siten, että tietyllä tavalla valmistetulle koesauvalle tehdyn vetokokeen, kovuuskokeen tai iskusitkeyskokeen tulosten täytyy vastata standardiin taulukoituja arvoja. Jos materiaali on seinämäherkkää, arvoille on ilmoitettu seinämänpaksuudesta riippuvat rajat. Toisinaan todetaan myös, että mekaaniset ominaisuudet eivät päde tietyn seinämänpaksuusrajan yläpuolella. Mekaaniset ominaisuudet voidaan tarkastaa sovittaessa myös valukappaleesta. Mekaaniset ominaisuudet riippuvat enemmän tai vähemmän voimakkaasti paitsi seinämänpaksuuksista myös valuolosuhteista ja valukappaleen muodoista. Ilmiö on erityisen voimakas valuraudoilla, mutta havaittavissa kaikilla valuseoksilla. Tästä syystä valustandardit edellyttävät mekaanisessa testauksessa käytettävien koesauvojen aihioilta tiettyjä muotoja ja mittoja, joiden sisällä ominaisuuksien tulisi pysyä standardin rajoissa. Jos koestukseen käytettävä aihio leikataan valukappaleesta, standardiin kirjatut arvot eivät useimmissa tapauksissa ole enää voimassa, jolloin hyväksymisrajoista täytyy sopia tilaajan ja valimon kesken. SFS-EN standardien mukaisia valumateriaaleja ja valukappaleita koskevat käytännöt esitetään jäljempänä vetokokeiden, iskukokeiden ja kovuuskokeiden esittelyn yhteydessä. Valumateriaalin mekaanisten ominaisuuksien tarkastukseen käytettävä koesauvan aihio voidaan valaa erikseen, yhdessä valukappaleen kanssa samaan muottiin tai se voidaan leika Tarkastusmenetelmät - 2

3 ta irti valukappaleesta. Valukappaleen kanssa samaan muottiin valettu koesauva voi olla kappaleen määrätyssä kohdassa kiinni tai se voidaan valaa erilleen kappaleesta. Materiaalikohtaiset standardit antavat ohjeita ja määräyksiä aihioiden mitoille ja muodoille. Ohjeita voidaan esittää myös koesauva-aihion muotin hiekkakerroksen paksuudelle. Useimmiten koesauva työstetään aihiosta standardissa annettuihin mittoihin, mutta valettua koesauvaa voi niin haluttaessa käyttää myös sellaisenaan. Jos veto-, iskusitkeys tai kovuuskokeella pyytää todentamaan jotakin muuta kuin valumateriaalin standardinmukaisuutta, järjestelystä ja hyväksymisrajoista täytyy sopia tilauksen yhteydessä. Valukappaleen tilaajaa kiinnostava yksityiskohta voisi olla esimerkiksi murtolujuus tietyllä valukappaleen alueella. Joissain tapauksissa standardi antaa mahdollisuuden vaatia asettamaan koesauvan aihio mahdollisimman lähelle tätä testattavaa kohtaa, mutta ei aina. Standardissa voidaan ilmoittaa, että jos aihio asetetaan muuhun kuin valimon määräämään paikkaan, taulukoihin kirjatut arvot ja hyväksymisrajat eivät päde, jolloin niistä on sovittava tilaajan ja valimon kesken. Vetokokeet Vetokoe on mekaanisten ominaisuuksien todentamiseksi tehtävistä kokeista eniten käytetty. Sen avulla tutkitaan jännityksen ja venymän välistä riippuvuutta. Vetokokeella määritetään materiaalille erilaisia murtolujuuden, myötörajan, venymisrajan, venymän ja kurouman arvoja. Lähes kaikkien valumateriaalien mekaaniset ominaisuudet todennetaan vetokokeiden avulla. Poikkeuksen muodostavat kovuusluokitellut lajit. Joissain tapauksessa materiaalistandardi antaa mahdollisuuden korvata vetokoe kovuuskokeella. Vetokokeet huoneenlämpötilassa tehdään standardin SFS-EN ISO Metallien vetokoe. Osa 1: Vetokoe huoneenlämpötilassa mukaisesti ja korotetuissa lämpötiloissa standardin SFS-EN ISO Metallic materials. Tensile testing. Part 2: Method of test at elevated temperature. Koe tehdään vetämällä standardin mukaan mitoitettu koesauva poikki. Standardeissa määrätään koesauvan mittojen lisäksi esimerkiksi koesauvojen toleransseista, vetonopeudesta, mittausepävarmuuden laskemisesta ja arvojen määrittämisestä yleisesti. SFS-EN ISO 6892 antaa yleiset perusteet koesauvojen mitoitukseen, mutta valukappaleiden tapauksessa tuotestandardeissa voidaan vaatia käytettäväksi tiettyjä, standardista poikkeavia mittoja ja muotoja. Vetokokeista sovittaessa ja tulosten raportoinnin yhteydessä ilmoitetaan käytetyt standardit ja koesauvan mitat. Erityisen tärkeää on kirjata kaikki poikkeamat standardin SFS-EN ISO 6892 määräyksistä tai materiaalikohtaisen standardin määräyksistä. Kuva 1. Standardin SFS-EN 6892 mukainen pyöreä koesauva. Ensisijaisesti tulisi käyttää koesauvaa, jonka poikkipinta-alan So ja mittapituuden Lo suhde toteuttaa yhtälön Lo = k So. Kertoimen k arvo on 5,65 tai toisinaan 11,3. Jos koesauvan halkaisija do on esimerkiksi 20 mm, pituus Lo on 100 mm Tarkastusmenetelmät - 3

4 SFS-EN 6892 mukainen vetokoe tehdään standardinmukaisille valumateriaaleille seuraavasti: SFS-EN 1561 mukaisten suomugrafiittivalurautojen ja SFS-EN 1562 mukaisten tempervalurautojen mekaaniset ominaisuudet todennetaan vetokokeella, mutta kokeessa ei sovelleta standardin SFS-EN 6892 mukaista koesauvaa. Katso poikkeukset koesauvan muodosta jäljempänä olevista kuvista (Kuva 2 ja Kuva 3). SFS-EN 1561 mukaista suomugrafiittivalurautaa voi tilata myös kovuusluokiteltuna. Kovuusluokitellun materiaalin mekaanisia ominaisuuksia ei todenneta vetokokeella. SFS-EN 1561 mukaiselle suomugrafiittivaluraudalle ja SFS-EN mukaiselle tylppägrafiittivaluraudalle voidaan vetokokeen sijasta tehdä kiilakoe. SFS-EN 1561 mukaisten suomugrafiittivalurautojen vetokokeen on täytettävä standardin vaatimukset, mikäli koesauva valmistetaan valetusta aihiosta. Jos koesauvan aihio leikataan valukappaleesta, mekaanisten ominaisuuksien hyväksymisrajoista sovitaan tilaajan ja valimon kesken. SFS-EN 1563 mukaisen pallografiittivaluraudan, SFS-EN 1564 mukaisen ausferriittisen pallografiittivaluraudan (ADI), SFS-EN mukaisen austeniittisen valuraudan, SFS-EN mukaisen tylppägrafiittivaluraudan mekaaniset ominaisuudet testataan vetokokeella. Koesauva on SFS-EN 6892 standardin mukainen. Sen halkaisijana käytetään ensisijaisesti 14 mm, mutta tarvittaessa voidaan sopia muustakin halkaisijan arvosta. Mittapituudesta voidaan myös sopia. Standardin mukaisesti valetusta aihiosta valmistettuun koesauvaan tehdyn vetokokeen tulosten on täytettävä materiaalille taulukoidut lujuusvaatimukset. Jos aihio leikataan irti valukappaleesta, vetokokeen tulosten hyväksymisrajoista sovitaan tilaajan ja valimon kesken. SFS-EN mukaisen niukkaseosteisen ferriittisen pallografiittivaluraudan mekaaniset ominaisuudet todennetaan vetokokeella. Vetokokeen tulosten on täytettävä standardin lujuusvaatimukset, jos koesauvan aihio on valettu, ja sen halkaisija on korkeintaan 30 mm. Muun kokoisten aihioiden ja kappaleesta otettujen näytteiden hyväksymisrajoista sovitaan tilaajan ja valimon kesken. Koesauva on standardin SFS- EN 6892 mukainen. Sen halkaisija on ensisijaisesti 14 mm. Tarvittaessa voidaan käyttää jotain muutakin halkaisijan arvoa. Mittapituudesta voidaan myös sopia. SFS-EN mukaisille kulumiskestäville valuraudoille ei tehdä vetokoetta. Teräsvaluja koskevissa standardeissa SFS-EN 10213, SFS-EN 10283, SFS-EN 10293, SFS-EN 10295, SFS-EN ja SFS-EN ei esitetä erityisiä tuotekohtaisia vaatimuksia vetokokeen suorittamisesta. Niiden kohdalla pätee mitä on kirjattu standardeihin SFS-EN , SFS-EN ja SFS-EN Standardin SFS-EN mukaan koesauvan aihio voidaan valaa erikseen, valukappaleeseen kiinni kanavalla yhdistettynä tai suoraan valukappaleeseen kiinni. Yli 150 mm seinämänpaksuutta ei voi käyttää koesauvan aihiossa, vaikka tuotestandardi määrittäisi mekaaniset ominaisuudet yli 150 mm seinämille. SFS-EN mukaisten painelaiteterästen murtolujuuden ja myötörajan vaatimukset koskevat sekä koesauvoja että valukappaletta. Sekä valukappaletta että koesauvaaihiota koskevat samat seinämänpaksuusrajat, joiden yläpuolella standardin vaatimukset eivät enää päde. Osalle materiaaleista on määrätty hyväksymisrajat vetokokeelle korotetuissa lämpötiloissa. Vetokoe korotetussa lämpötilassa tehdään ainoastaan, jos siitä on sovittu tilauksen yhteydessä. SFS-EN 1706 mukaisten alumiiniseosten, SFS-EN 1753:en mukaisten magnesiumseosten ja SFS-EN 1982 mukaisten kupariseosten mekaaniset ominaisuudet todennetaan vetokokeilla. Jos koesauvat tai niiden aihiot valetaan standardin määräämällä tavalla kappaleesta erillään, standardiin kirjatut mekaanisten arvojen hyväksymisrajat pätevät. Kappaleesta valmistetun koesauvan hyväksymisrajoista täytyy sopia tilaajan ja valimon kesken. Poikkeuksena SFS-EN 1982 mukaisista kupa Tarkastusmenetelmät - 4

5 riseoksista valmistetut keskipakovalut, joiden koesauvat voidaan valmistaa kappaleesta. Seinämänpaksuudeltaan yli 50 mm olevien keskipakovalukappaleiden hyväksymisrajoista täytyy kuitenkin sopia. SFS-EN 1706 mukaisista seoksista valmistettujen hiekka- ja kokillivalujen koesauvan halkaisijan tulee olla vähintään 12 mm, tarkkuusvalujen vähintään 5 mm. Koesauva voidaan työstää aihiosta tai sauva voidaan valaa suoraan muotoonsa. Jos koesauva työstetään valukappaleesta, sen halkaisijan on oltava vähintään 4 mm. Painevalun mekaanisia ominaisuuksia ei yleensä testata vetokokein, koska koko kappaleen mekaaninen testaaminen on painevalun käyttökohteet huomioon ottaen järkevämpää. SFS-EN 1753:en mukaisista magnesiumseoksista valmistetuille tarkkuusvaluille ei ole taulukoitu mekaanisten arvojen hyväksymisrajoja. Niille sovelletaan kokillivalujen arvoja. Hiekka- ja kokillivalujen testaamiseen käytettävien sauvojen on oltava halkaisijaltaan vähintään 12 mm. Hiekkavaluna valmistetun koesauvan tai sen aihion valamisessa ei saa käyttää jäähdytyskappaleita. Tarkkuusvalussa käytetyn sauvan on oltava halkaisijaltaan vähintään 5 mm. Painevaluille ei ole taulukoitu sitovia hyväksymisrajoja, koska painevalun mekaaniset ominaisuudet riippuvat voimakkaasti valuparametreista ja täyttymisolosuhteista. SFS-EN 1982 mukaisista kupariseoksista valmistettujen hiekkavalukappaleiden koesauva-aihioiden ja työstämättöminä käytettävien koesauvojen on oltava halkaisijaltaan mm. Työstettyjen kokilli- tai hiekkavalettujen sauvojen on oltava halkaisijaltaan mm. Painevaluille käytetään litteitä koesauvoja, joiden paksuus on 2 4 mm. Koesauvamuotti valetaan erikseen, mutta valuparametrien täytyy vastata mahdollisimman pitkälle testattavan kappaleen valuparametreja. SFS-EN mukaisille sinkkivaluille ei ole määrätty mekaanisten ominaisuuksien hyväksymisrajoja. Niistä täytyy tarvittaessa sopia tilaajan ja valimon kesken. Kuva 2. Suomugrafiittivaluraudalle tarkoitetun koesauvan mitat ja muoto. SFS-EN Sauva on pyöreä. Se voidaan kiinnittää vetokoelaitteeseen metrisellä kierteellä (tyyppi a) tai sileästä pinnasta (tyyppi b). Testattavaksi halkaisijaksi d voidaan ottaa 6 mm, 8 mm, 10 mm, 12,5 mm, 16 mm, 20 mm, 25 mm tai 32 mm. Mittapituus on samassa järjestyksessä 20 mm, 21 mm, 23 mm, 25 mm, 27 mm, 30 mm, 31 mm ja 33 mm Tarkastusmenetelmät - 5

6 Kuva 3. Tempervaluraudalle tarkoitetun koesauvan mitat ja muoto. SFS-EN Sauva on pyöreä. Testattavaksi halkaisijaksi voidaan ottaa 6 mm, 9 mm, 12 mm tai 15 mm. Mittapituus on kolminkertainen halkaisijaan nähden eli 18 mm, 27 mm, 36 mm ja 45 mm. Tempervaluraudan koesauva mitoitetaan kaavalla Lo = k So, jossa kertoimen k arvo on 3,4. Kovuuskokeet Kovuusmittauksissa painetaan mittakärjellä jälki tutkittavaan materiaaliin. Mitä pienempi jälki, sitä kovempaa materiaali on. Eri menetelmissä käytetään erimuotoisia ja -kokoisia mittakärkiä. Kovuuskokeita ovat Brinellin, Rockwellin sekä Vickersin kovuuskoe. Brinellin kovuuskoe on valukappaleiden testaamisessa yleisin. Valumateriaalien kovuus testataan kovuusluokitelluilta lajeilta sekä lajeilta, joiden mekaaniset ominaisuudet määritellään sekä vetokokeiden että kovuuskokeiden avulla. Kovuusluokiteltuja lajeja löytyy suomugrafiittivaluraudoista, ausferriittisistä valuraudoista, kulumiskestävistä valuraudoista ja kulumiskestävistä teräksistä. Alumiini- ja kupariseosten mekaaniset ominaisuudet määritetään sekä vetokokeella että kovuuskokeella. Brinellin kovuuskokeessa käytetään kovametallista kuulaa, jonka halkaisija on materiaalista ja koestusvoimasta riippuen 1 mm, 2,5 mm, 5 mm tai 10 mm. Kuulaa painetaan koestettavaan pintaan voimalla, joka saa sen painumaan pinnan sisään. Koestusvoima ja kuulakoko valitaan siten, että painuman halkaisija on 0,24 0,6 kertaa kuulan halkaisija. Normaalisti koestusvoimaa ylläpidetään sekuntia, mutta joillekin materiaaleille pidempään. Kokeen jälkeen mitataan painuman halkaisija kahdesta suunnasta ja lasketaan näille keskiarvo. Brinellin kovuus lasketaan painuman halkaisijoiden keskiarvosta (d), koevoimasta (F) ja kuulan halkaisijasta (D) kaavalla: Koevoima 2F HBW vakio 0,102, missä Painumakalotin pinnan ala 2 2 D 1-1- d 2 D 1 vakio 0,102 = muunnoskerroin kilopondeista newtoneiksi 9, ,80665 on vapaan putoamisliikkeen kiihtyvyys Brinellin kovuus ilmoitetaan täydellisessä muodossaan seuraavasti: kovuuden arvo HBW kuulan halkaisija (mm) / nimellinen koevoima (kp 1 ) / voiman pitoaika (s) 2, esimerkiksi: 140 HBW 5/750/20 1 Standardi käyttää yksikköä kgf, joka on vastaava kuin kp eli yhteen kilogrammaan kohdistuva maan vetovoima 45 leveyspiirillä. 2 Voiman pitoaika ilmoitetaan, jos se poikkeaa standardin mukaisesta s jaksosta Tarkastusmenetelmät - 6

7 Yleinen tapa on jättää kuulan halkaisija ja koestusvoima ilmoittamatta, jolloin kovuus merkitään ainoastaan kovuuden arvo HBW, esimerkiksi 140 HBW. Brinellin kovuuskoetta käsitellään neliosaisessa standardissa SFS-EN ISO 6506: SFS-EN ISO Metallien Brinellin kovuuskoe. Osa 1: Menetelmä SFS-EN ISO Metallien Brinellin kovuuskoe. Osa 2: Kovuusmittareiden varmentaminen ja kalibrointi SFS-EN ISO Metallien Brinellin kovuuskoe. Osa 3: Vertailukovuuspalojen kalibrointi SFS-EN ISO Metallien Brinellin kovuuskoe. Osa 4: Kovuusarvojen taulukko Valurauta-, valuteräs- ja alumiiniseosstandardeissa kehotetaan käyttämään Brinellin kovuuskoetta seuraavasti: SFS-EN 1561 mukaiselle suomugrafiittivaluraudalle käytetään ensisijaisesti Brinellin kovuuskoetta, jos kovuustestaus on tarpeen eli silloin, kun suomugrafiittivalurautaa tilataan kovuuden mukaan luokiteltuna. Kovuuden mukaan luokiteltavia laatuja on kuusi kappaletta. Suomugrafiittiraudan kovuus on seinämäherkkä. (Taulukko 1) Ellei Brinellin kovuuskokeeseen ole mahdollisuutta, jotain muuta vastaavaa koetta voidaan soveltaa. Tulosten on kuitenkin oltava vertailukelpoisia Brinellin kokeen kanssa. Koestettavat valukappaleen pinnat ja kovuusarvon hyväksymisrajoja vastaava määräävä seinämänpaksuus sovitaan tilaajan ja valimon välillä. Joissain tapauksissa voidaan sopia standardiin taulukoitua pienemmästä vaihteluvälistä siten, että väli on kuitenkin pienempi kuin 40 HBW. SFS-EN 1562 mukaiselle tempervaluraudalle tehdään kovuuskoe ainoastaan tilaajan vaatimuksesta ja jos tilauksen yhteydessä niin sovitaan. Standardi ei sisällä kovuuden mukaan luokiteltavia laatuja eivätkä siihen kirjatut kovuusarvot ole sitovia. Kovuuskokeeseen otetaan mieluiten suurin mahdollinen kuulakoko. Brinellin koe on ensisijainen. Koe voidaan tehdä koesauvaan, muuhun testikappaleeseen tai tilaajan valitsemaan kohtaan (tai kohtiin) valukappaleessa tilauksen yhteydessä sovitulla tavalla. Pinnat valmistellaan koetta varten siten, että kokeen tulos on luotettava. SFS-EN 1563 mukainen pallografiittivalurauta, SFS-EN 1564 mukainen ausferriittinen pallografiittivalurauta (ADI), SFS-EN mukainen austeniittinen valurauta, SFS-EN mukainen tylppägrafiittivalurauta ja SFS-EN mukainen niukkaseosteinen ferriittinen pallografiittivalurauta testataan ensisijaisesti Brinellin kovuuskokeella, jos kovuuskoe vaaditaan standardissa tai tilaajan toimesta. Muustakin kokeesta voidaan sopia. Kovuuskoe tehdään valukappaleeseen tai kiinni valettuun koesauvaan. Koestettavista pinnoista ja niiden valmistelusta sovitaan tilaajan ja valimon välillä. Ellei koestettavista pinnoista ole sovittu, ne valitaan valimossa. SFS-EN 1564 sisältää kaksi kovuuden mukaan luokiteltua kulutuksenkestävää ausferriittistä pallografiittivalurautalaatua EN-GJS-HB400 ja EN-GJS-HB450. Näille laaduille tehdyn kovuuskokeen on täytettävä standardiin kirjatut hyväksymisrajat, jotka ovat minimissään nimelliskovuuden suuruisia. Muille laaduille hyväksymisrajoista voidaan sopia tilaajan ja valimon kesken. SFS-EN 1563, SFS-EN 13835, SFS-EN ja SFS-EN eivät sisällä yhtään kovuuden mukaan luokiteltua valurautalaatua. Hyväksymisrajat ovat tilaajan ja valimon kesken sovittavissa. SFS-EN mukaisille kulumiskestäville valuraudoille tehdään ensisijaisesti Brinellin kovuuskoe 3000 kgf voimalla, mutta muistakin kovuuskokeista voidaan sopia. Kaikki standardin laadut ovat kovuuden mukaan luokiteltuja. Standardi sisältää opastavan vertailutaulukon Brinellin, Vickersin ja Rockwell C kovuuskokeiden tuloksille. Kappaleen tilaajan ja valimon tulee sopia kohdat, joihin kovuustestaus Tarkastusmenetelmät - 7

8 suoritetaan. Kiinnivaletusta koekappaleesta voidaan sopia. Ellei tilaaja ole valinnut koekappaleen paikkaa, valimo voi määrittää sen. Kovuuskokeen on täytettävä standardiin kirjatut hyväksymisrajat, jotka ovat minimissään nimelliskovuuden suuruisia muilla, paitsi runsaasti kromilla seostetuilla kulumiskestävillä valuraudoilla, joilla hyväksymisraja on 550 HBW. SFS-EN mukaisille teräksille ei tehdä kovuustestausta. Teräsvaluja koskevissa standardeissa SFS-EN 10213, SFS-EN 10283, SFS-EN 10293, SFS-EN ja SFS-EN ei esitetä erityisiä tuotekohtaisia vaatimuksia kovuuskokeen suorittamiselle. Kovuus testataan ensisijaisesti Brinellin kokeena. Standardien SFS-EN 1559 ja SFS-EN 6506 vaatimukset pätevät. SFS-EN 10213, SFS-EN ja SFS-EN eivät esitä kovuusvaatimuksia. SFS-EN sisältämät ferriittiset ja austeniittis-ferriittiset kulumiskestävät teräslajit luokitellaan yhtä lukuun ottamatta kovuuden mukaan. (Taulukko 2) Standardi määrää kovuusarvon tai antaa mahdollisuuden sopia siitä tilaajan ja valimon kesken. Kovuusluokiteltujen lajien lisäksi standardi sisältää 17 austeniittista kulumiskestävää teräslajia sekä neljä nikkeli- ja kobolttipohjaista kulumiskestävää seosta. Näille lajeille on määrätty vetokokeella todennettavat hyväksymisrajat. SFS-EN mukaisten teräslaatujen kovuus saa olla enintään 300 HBW. SFS-EN 1706 mukaiset alumiiniseokset ja SFS-EN 1982 mukaiset kupariseokset testataan Brinellin kovuuskokeella kappaleen huokosettomasta pinnasta tai koesauvasta. Kovuuskoetta ei saa tehdä koesauvan kohtaan, joka on altistunut vetokokeelle. Yleensä kovuustesti tehdään koesauvan päästä. Standardiin on kirjattu sekä kovuuden että vetokokein testattavat murtolujuuden, myötörajan ja venymän arvot. SFS-EN 1982 mukaisten kupariseosten kovuustesti tehdään joko 1 mm tai 2,5 mm kuulalla. SFS-EN 1753:en mukaisille magnesiumseoksille voidaan tilaajan pyynnöstä tehdä Brinellin kovuuskoe, mutta standardiin ei ole kirjattu sitovia arvoja. Hyväksymisrajoista sovitaan tilaajan ja valimon kesken. Suositeltu kuulakoko on 5 mm. SFS-EN mukaisille sinkkivaluille ei ole määrätty mekaanisten ominaisuuksien hyväksymisrajoja. Niistä täytyy tarvittaessa sopia tilaajan ja valimon kesken. Vickersin ja Rockwellin kovuuskokeet voidaan joissain tapauksissa sopia vaihtoehtoisiksi menetelmiksi. Vickersin kovuuskokeessa käytetään neliöpohjaisen pyramidin muotoista timanttikärkeä. Rockwellin kovuuskokeessa käytetty mittakärki on joko kartion tai pallon muotoinen. Rockwellin koetta tehdään erilaisilla asteikoilla. Metalleille tavanomaisimpia A- ja C- asteikkoja käytettäessä mittakärki on timantista valmistettu kartio. Vickersin ja Rockwellin kovuuskokeita käsitellään standardeissa: SFS-EN ISO Metallien Vickersin kovuuskoe. Osa 1: Menetelmä SFS-EN ISO Metallien Vickersin kovuuskoe. Osa 2: Kovuusmittareiden varmentaminen ja kalibrointi SFS-EN ISO Metallien Vickersin kovuuskoe. Osa 3: Vertailukovuuspalojen kalibrointi SFS-EN ISO Metallien Vickersin kovuuskoe. Osa 4: Kovuusarvojen taulukot SFS-EN ISO Metallien Rockwellin kovuuskoe. Osa 1: Menetelmä (Asteikot A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T) SFS-EN ISO Metallien Rockwellin kovuuskoe. Osa 2: Kovuusmittareiden varmentaminen ja kalibrointi (Asteikot A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T) SFS-EN ISO Metallien Rockwellin kovuuskoe. Osa 3: Vertailukovuuspalojen kalibrointi (Asteikot A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T) Tarkastusmenetelmät - 8

9 Taulukko 1. Valurautalaji SFS-EN 1561 standardin kovuusluokitellut suomugrafiittivaluraudat. Brinellin kovuus Taulukko 2. SFS-EN mukaiset kovuusluokitellut ferriittiset ja austeniittis-ferriittiset kulumiskestävät teräslajit. Yhdelle lajille on määritelty myös vetokokeen hyväksymisrajat. Standardi sisältää näiden lajien lisäksi myös 17 austeniittista kulumiskestävää teräslajia sekä neljä nikkeli- ja kobolttipohjaista kulumiskestävää seosta. Teräslaji Lämpökäsittely Brinellin kovuus Seinämänpaksuus Nimike Numerotunnus t mm HBW min. HBW max. EN-GJL-HB ,5<t EN-GJL-HB175 EN-GJL-HB195 EN-GJL-HB ,5<t 50 5<t 50 5<t <t <t <t EN-GJL-HB <t <t EN-GJL-HB <t <t Nimike Numerotunnus Nimitys T C HBW max. GX30CrSi hehkutus (vaaditaan) GX40CrSi hehkutus (vaaditaan) GX40CrSi hehkutus (vaaditaan) GX40CrSi hehkutus (voidaan tehdä) sovitaan GX40CrSi hehkutus (voidaan tehdä) sovitaan GX130CrSi hehkutus (voidaan tehdä) sovitaan GX160CrSi hehkutus (voidaan tehdä) sovitaan GX40CrNiSi27-4* hehkutus (voidaan tehdä) sovitaan * lajille on määrätty myös vetokoetulokset Iskusitkeyskokeet Metallien käyttäytymistä iskumaisessa kuormituksessa tutkitaan iskusitkeyskokeilla. Yleisimmin käytetään ns. Charpyn heilurivasaraa, jonka asteikolta saadaan vasaran nousun perusteella luettua suoraan standardisauvan katkaisemiseen tarvittava energia. Standardin mukaisia koesauvoja on kahta tyyppiä: Charpy U ja Charpy V sauvat (Kuva 4). Valuille käytetään pääsääntöisesti Charpy V sauvaa, mutta loveamatontakin sauvaa voidaan käyttää Tarkastusmenetelmät - 9

10 Kuva 4. Standardin SFS-EN mukaisten Charpy V (vasemmalla) ja Charpy U (oikealla) koesauvojen mitat. Iskusitkeyskokeita tehdään eri lämpötiloissa. Korkeissa lämpötiloissa iskusitkeysarvot ovat parhaat ja lämpötilasta riippumattomia. Murtumaa edeltää aina selvä plastinen muodonmuutos. Transitioalueella iskusitkeys laskee jyrkästi lämpötilan alentuessa. Murtuma on sekamurtuma. Siirtymäalueen puolivälissä on ns. transitiolämpötila. Ala-alueella iskusitkeysarvot ovat hyvin pieniä. Murtuma tapahtuu ns. haurasmurtumana (lohkomurtuma) rakeiden läpi. Sille on tunnusomaista plastisen muodonmuutoksen puuttuminen ja karkea murtopinta. Charpy iskusitkeyskokeita käsitellään standardeissa: SFS-EN Metallien Charpyn iskukoe. Osa 1: Menetelmä SFS-EN Metallien Charpyn iskukoe. Osa 2: Iskuheilureiden varmentaminen SFS-EN Metallic materials. Charpy pendulum impact test. Part 3: Preparation and characterization of Charpy V-notch test pieces for indirect verification of pendulum impact machines Standardin mukainen Charpy V iskusitkeyskoe tehdään seuraaville materiaaleille. Koelämpötila on ilmoitettu suluissa materiaalin tunnuksen jälkeen. SFS-EN 1562 mukainen mustaydintempervalurauta EN-GJMB (14 J lämpötilassa 23 ± 5 C). Standardin mukaan iskusitkeyskoe tehdään yleensä vain tälle lajille, vaikka iskusitkeysarvot on määritelty sen lisäksi myös lajeille EN-GJMB (10 J lämpötilassa 23 ± 5 C) ja EN-GJMB (5 J lämpötilassa 23 ± 5 C). Näille lajeille tai valkoydintempervaluraudoille tulisi mieluiten käyttää loveamatonta koesauvaa. Iskusitkeyskokeesta on erikseen sovittava tilauksen yhteydessä. SFS-EN 1563 mukaiset pallografiittivaluraudat EN-GJS RT, EN-GJS LT, EN-GJS RT ja EN-GJS LT (Taulukko 3). Iskusitkeyskokeesta on erikseen sovittava tilauksen yhteydessä. Standardin liitteessä kuitenkin kritisoidaan iskusitkeyskokeen mahdollisuuksia selvittää pallografiittivalurautojen sitkeysominaisuuksia. Murtumissitkeyden käsitteellä ilmiö olisi paremmin selitettävissä. SFS-EN 1564 mukainen ausferriittinen pallografiittivalurauta (ADI) EN-GJS RT (Taulukko 5). SFS-EN mukaiset austeniittiset valuraudat EN-GJSA-XNiCr20-2, EN-GJSA- XNiMn23-4, EN-GJSA-XNiCrNb20-2, EN-GJSA-XNi22, EN-GJSA-XNi35, EN-GJSA- XNiSiCr ja EN-GJSA-XNiMn13-7. Iskusitkeyskokeet tehdään kaikille lajeille huoneenlämpötilassa (23 ± 5 C). SFS-EN mukaisista painelaiteteräksistä kaikille on määrätty iskusitkeysarvot joko huoneenlämpötilassa tai matalissa lämpötiloissa. Velvoittavat iskusitkeysarvot matalissa lämpötiloissa on määrätty ferriittisille ja martensiittisille lajeille. Muiden lajien arvot ovat sovittavissa tilaajan ja valimon kesken. (Taulukko 8) Tarkastusmenetelmät - 10

11 SFS-EN mukaisista korroosionkestävistä valuteräksistä kaikille on määrätty iskusitkeysarvot huoneenlämpötilassa. (Taulukko 9) SFS-EN mukaisista yleisistä valuteräksistä ja SFS-EN mukaisista valetuista rakenneteräksistä kaikille on määrätty iskusitkeysarvot joko huoneenlämpötilassa, matalissa lämpötiloissa tai molemmissa. Mikäli käytettävissä on arvot sekä huoneenlämpötilalle että matalalle lämpötilalle, eikä tilauksen yhteydessä ole mainittu matalan lämpötilan iskusitkeyskokeesta, koe tehdään huoneenlämpötilassa. (Taulukko 10 ja Taulukko 7) Muun tyyppiset iskusitkeyskokeet: SFS-EN 1563 mukaisille pallografiittivaluraudoille voidaan tehdä iskusitkeyskoe loveamattomalla koesauvalla mikrorakenteen laadun selvittämiseksi. (Taulukko 4) SFS-EN 1564 mukaisille ausferriittisille pallografiittivaluraudoille (ADI) voidaan tehdä iskusitkeyskoe loveamattomalla koesauvalla. Kokeella selvitetään epäsuorasti lämpökäsittelyn onnistumista. Iskusitkeyskokeet tehdään huoneenlämpötilassa (23 ± 5 C). Iskusitkeyskoetta ei tehdä materiaalin standardinmukaisuuden osoittamiseksi: SFS-EN 1561 mukainen suomugrafiittivalurauta SFS-EN mukainen kulumiskestävä valurauta SFS-EN mukainen tylppägrafiittivalurauta SFS-EN mukainen niukkaseosteinen ferriittinen pallografiittivalurauta SFS-EN mukaiset tulenkestävät valuteräkset SFS-EN mukaiset mangaanivaluteräkset Taulukko 3. SFS-EN 1563 mukaisten neljän pallografiittirautalajin iskusitkeysarvot. Muille lajeille ei ole määrätty velvoittavia iskusitkeyden arvoja. Iskusitkeyskoe tehdään erikseen sovittaessa. Valurautalaji Nimike Koelämpötila Numerotunnus EN-GJS LT EN-GJS RT EN-GJS LT EN-GJS RT t mm Iskukoe Kolmen testin keskiarvo KV J min. Yksittäinen arvo KV J min. Seinämänpaksuus T C t ± 2 30<t ± 2 60<t ± 2 t ± 5 30<t ± 5 60<t ± 5 t ± 2 30<t ± 2 60<t ± 2 t ± 5 30<t ± 5 60<t ± Tarkastusmenetelmät - 11

12 Taulukko 4. Loveamattomalla koesauvalla tehtävän iskukokeen ohjearvot SFS-EN 1563 mukaisille pallografiittivaluraudoille. Iskukoe loveamattomalla koesauvalla voidaan tarvittaessa tehdä grafiittirakenteen laadun toteamiseksi. Iskukoe huoneenlämpötilassa Valurautalaji loveamattomalla koesauvalla Nimike Numerotunnus KV J min. EN-GJS /22-RT/22-LT EN-GJS /18-RT/18-LT EN-GJS EN-GJS EN-GJS EN-GJS EN-GJS EN-GJS EN-GJS EN-GJS EN-GJS Taulukko 5. Yhden SFS-EN 1564 mukaisen ausferriittisen pallografiittivaluraudan iskusitkeysarvot. Muille lajeille ei ole määritelty iskusitkeyden minimiarvoja. Iskusitkeyskoe tehdään vain siitä erikseen sovittaessa. Valurautalaji Nimike Koelämpötila Numerotunnus EN-GJS RT t mm Iskukoe Kolmen testin keskiarvo KV J min. Yksittäinen arvo KV J min. Seinämänpaksuus T C t ± 5 30 < t ± 5 60 < t ± Tarkastusmenetelmät - 12

13 Taulukko 6. Loveamattomalla koesauvalla tehtävän iskukokeen ohjearvot SFS-EN 1564 mukaisille ausferriittisille pallografiittivaluraudoille (ADI). Iskukoe loveamattomalla koesauvalla voidaan tarvittaessa tehdä rakenteen laadun ja lämpökäsittelyn onnistumisen toteamiseksi. Iskukoe huoneenlämpötilassa Valurautalaji loveamattomalla koesauvalla Nimike Numerotunnus KV J min. EN-GJS EN-GJS RT EN-GJS EN-GJS EN-GJS EN-GJS EN-GJS-HB EN-GJS-HB Taulukko 7. SFS-EN mukaisten valettujen rakenneterästen iskusitkeysarvot huoneenlämpötilassa ja matalissa lämpötiloissa. Teräslaji Lämpökäsittely Seinämänpaksuus Iskukoe matalissa lämpötiloissa Iskukoe huoneenlämpötilassa Nimike Numerotunnus Tunnus t mm KV J min. KV J min. T C GS200 1,0449 +N t GS240 1,0455 +N t G17Mn5 1,1131 +QT t G20Mn5 1,622 +N t QT t QT1 t G24Mn6 1,1118 +QT2 t QT3 t t QT1 50<t <t <t G10MnMoV6-3 1,541 t QT2 50<t <t <t QT3 t G18NiMoCr3-6 1,6759 +QT1 t QT2 t GX4CrNi13-4 1,4317 +QT t GXCrNiMo ,4405 +QT t GX2CrNi ,4309 +AT t GX2CrNiMo ,4409 +AT t GX2CrNiMoN ,4468 +AT t Tarkastusmenetelmät - 13

14 Austeniittiset ja austeniittisferriittiset teräslajit Ferriittiset ja martensiittiset teräslajit ValuAtlas Suunnittelijan perusopas Seija Meskanen, Tuula Höök Taulukko 8. SFS-EN mukaisten painelaiteterästen iskusitkeysarvot huoneenlämpötilassa ja matalissa lämpötiloissa. Taulukosta ilmenee myös terästen jako ryhmiin ferriittiset ja martensiittiset teräslajit ja austeniittiset ja austeniittis-ferriittiset teräslajit. Teräslaji Lämpökäsittely Iskukoe huoneenlämpötilassa Iskukoe matalissa lämpötiloissa Nimike Numerotunnus Tunnus KV J min. KV J min. T C GP240GH GP280GH N +N QT +QT G17Mn QT G20Mn N QT G18Mo QT G20Mo QT 27 G17CrMo QT 27 G17CrMo QT 40 G12MoCrV QT 27 G17CrMoV QT 27 G9Ni QT G17NiCrMo QT G9Ni QT GX15CrMo QT 27 GX8CrNi QT1 45 +QT2 40 GX3CrNi QT GX4CrNi QT 27 GX23CrMoV QT 27 GX4CrNiMo QT 60 Arvot ohjeellisia ja sovittavissa GX2CrNi AT GX5CrNi AT GX5CrNiNb AT 40 GX2CrNiMo AT GX5CrNiMo AT GX5CrNiMoNb AT 40 GX2NiCrMo AT GX10NiCrSiNb valutila 27 GX2CrNiMoN AT 30 GX2CrNiMoCuN AT GX2CrNiMoN AT GX2CrNiMoN AT Tarkastusmenetelmät - 14

15 Numerotunnus Austeniittisferriittiset teräslajit Täysin austeniittiset teräslajit Austeniittiset teräslajit Martensiittiset teräslajit ValuAtlas Suunnittelijan perusopas Seija Meskanen, Tuula Höök Teräslaji Nimike Iskukoe huoneenlämpötilassa Taulukko 9. SFS-EN mukaisten korroosionkestävien valuterästen iskusitkeysarvot huoneenlämpötilassa. Lämpökäsittely Seinämänpaksuus Tunnus t mm max. KV J min. GX12Cr QT GX7CrNiMo QT QT GX4CrNi QT QT GX4CrNiMo QT GX4CrNiMo QT GX5CrNiCu QT QT2 300 GX2CrNi AT GX5CrNi AT GX5CrNiNb AT GX2CrNiMo AT GX5CrNiMo AT GX5CrNiMoNb AT GX4CrNiMo AT GX5CrNiMo AT GX2CrNiMoN AT GX2NiCrMo AT GX4NiCrCuMo AT GX2NiCrMoCu AT GX2NiCrMoN AT GX2NiCrMoCuN AT GX2NiCrMoCuN AT GX2CrNiMoCuN AT GX4CrNiMoN AT GX4CrNiN AT GX2CrNiMoN AT GX2CrNiMoN AT GX2CrNiMoCuN AT GX2CrNiMoN AT GX2CrNiMoN AT Tarkastusmenetelmät - 15

16 Taulukko 10. SFS-EN mukaisten yleisten valuterästen iskusitkeysarvot huoneenlämpötilassa ja matalissa lämpötiloissa. Teräslaji Lämpökäsittely Seinämänpaksuus Iskukoe matalissa lämpötiloissa Iskukoe huoneenlämpötilassa Nimike Numerotunnus Tunnus t mm KV J min. KV J min. T C GE N t GS N t GE N t GS N t GE N t <t G17Mn QT t G20Mn N t QT t QT1 t G24Mn QT2 t QT3 t N t G28Mn QT1 t QT2 t G20Mo QT t t QT1 50<t <t <t G10MnMoV t QT2 50<t <t <t QT3 t G15CrMoV QT1 t QT2 t G17CrMo QT t G17CrMo QT t t QT1 G26CrMo <t QT2 t t G34CrMo QT1 100<t <t QT2 t t G42CrMo QT1 100<t <t QT2 t t G30CrMoV QT1 100<t <t QT2 t N t <t G35CrNiMo t QT1 100<t <t QT2 t G9Ni QT t GX9Ni QT t G20NiMoCr QT t t QT1 G32NiCrMo <t QT2 t G17NiCrMo QT t t QT1 100<t G30NiCrMo <t QT2 t <t GX3CrNi QT t GX4CrNi QT t GX4CrNi QT1 t QT2 t GX4CrNiMo QT t GX23CrMoV QT t Tarkastusmenetelmät - 16

17 Muu mekaaninen testaus Väsytyskokeet Kun metalli joutuu toistuvan vaihto- tai tykytysrasituksen alaiseksi se voi murtua, vaikka yhden jännitysjakson aikainen maksimijännitys on huomattavasti vetokokeessa määrättyä murtolujuutta pienempi. Tällaista murtumaa sanotaan väsymismurtumaksi. Arvioiden mukaan 90 % kaikista vaurioitumisista johtuu väsymisestä. Väsymismurtumassa ei esiinny vetokokeen tyyppiselle kuormitukselle ominaista plastista muodonmuutosta, joka varoittaisi murtumasta etukäteen. Metalleissa on paikallisia jännityshuippuja, epäpuhtaussulkeumia, erkaumia ja hilavikoja, joista väsymismurtuma voi saada alkunsa. Teräskonstruktioissa väsymismurtuma alkaa usein terävistä kulmista ja nurkista. Oikeilla konstruktiomuutoksilla voidaan väsymismurtumataipumusta vähentää. Väsytyskokeita tehdään osana valukomponentin tai laitteiston tuotekehitystä. Väsytyskokeiden tekeminen vie pitkähkön ajan ja niitä varten täytyy yleensä suunnitella erityinen laitteisto. Ne eivät ole rutiinikokeita. Väsytyskoetta käsitellään standardissa SFS-ISO 1099:en Metallic materials. Fatigue testing. Axial force-controlled method. Virumiskokeet Virumiseksi kutsutaan ilmiötä, jossa metalli ajan myötä alkaa venyä myötörajaa pienemmillä vetojännityksillä. Teräkset viruvat normaalisti vasta yli 500 C:een lämpötiloissa. Ilmiö on sitä nopeampi, mitä suurempi on jännitys ja mitä korkeampi on lämpötila. Virumiskokeet ovat hyvin pitkäaikaisia, h. Koesauvaa pidetään uunissa, jossa sen venymää ja kuormitusta voidaan jatkuvasti seurata. Korkeissa lämpötiloissa toimivien laitteiden suunnittelussa, kuten turbiinien siivissä, on otettava huomioon virumisvara ja määriteltävä vaihtoaika. Virumiskokeen suorittamista käsitellään standardissa SFS-EN ISO 204:en Metallic materials. Uniaxial creep testing in tension. Method of test. Kulutuskokeet Metallien kuluminen voi tapahtua useilla eri mekanismeilla, joihin vaikuttavat metallien ominaisuuksien lisäksi kuluttavan pinnan ominaisuudet ja toimintaolosuhteet. Sallittu kuluminen on eri kohteissa hyvin erilainen. Yleisimmät kulumismekanismit ovat adhesiivinen eli tartuntakuluminen, johon usein liittyy kappaleiden yhteen hitsautumista kitkalämmön vaikutuksesta ja abrasiivinen eli hiontakuluminen. Kuluminen voi olla myös näiden molempien mekanismien yhteisvaikutuksesta johtuvaa. Kulutuskokeet ovat pitkäkestoisia, ei-rutiiniluonteisia kokeita, joita käytetään materiaalikehityksen tukena Tarkastusmenetelmät - 17

18 Valumateriaalin kemialliset ominaisuudet ja mikrorakenne Valumateriaalin kemialliset ominaisuudet ja mikrorakenne testataan, jotta voidaan todentaa niiden olevan standardin tai tilaajan toimittaman spesifikaation mukaisia. Mikäli valumateriaali valmistetaan kokonaan valimossa, analyysi tutkitaan sulatuserästä otettavasta näytteestä. Valimossa valmistettavia materiaaleja ovat valuraudat ja valuteräkset. Osa kuparipohjaisista seoksista valmistetaan valimossa seostamalla, mutta valmiiksi seostettuja harkkojakin käytetään. Esimerkkejä muista valmiiksi seostetuista harkoista valmistettavista valumateriaaleista ovat alumiini-, sinkki- ja magnesiumpohjaiset seokset. Valmiiksi seostettujen harkkojen mukana toimitetaan ainestodistus, josta selviää niiden kemiallinen analyysi. Sulatuserää on silti tarpeen seurata sulanäyttein, koska seoksen kemiallinen koostumus voi muuttua sulatuksen ja sulatilaisena säilyttämisen aikana. Osa seosaineista häviää sulatilassa hapettumalla tai muodostamalla metalliyhdisteitä. Valukappaleen tilaaja voi pyytää sulatuseräkohtaisen sula-analyysin tulokset itselleen, mutta useimmiten näin ei ole tarpeen menetellä. Kupari-, alumiini-, magnesium- ja sinkkipohjaisille materiaaleille voi pyytää kemiallisen analyysin myös valetusta kappaleesta. Valuraudat Joidenkin valurautojen kemiallinen koostumus määrätään materiaalistandardissa. Suurimmalle osalle valuraudoista ei kuitenkaan ole määrätty koostumusta. Valimo saa päättää koostumuksen siten, että materiaalin mekaaniset ominaisuudet ja mikrorakenne vastaavat standardin vaatimuksia. Valurautojen materiaalistandardit määräävät koostumuksesta ja mikrorakenteesta seuraavaa: SFS-EN 1561 mukainen suomugrafiittivalurauta. Useimmissa tapauksissa suomugrafiittivalurauta tilataan lujuus- tai kovuusominaisuuksien perusteella ja kemiallinen koostumus jätetään valimon harkittavaksi. On kuitenkin mahdollista, että suomugrafiittivalurautaa käytetään johonkin erikoistarkoitukseen siten, että tilaaja haluaa antaa ohjeistuksen koostumuksesta tai grafiittirakenteesta. Tällöin kemiallinen koostumus on sovittava tilauksen yhteydessä. Grafiittirakenne tutkitaan standardin EN ISO mukaisesti. SFS-EN 1562 mukaisen tempervaluraudan kemiallinen koostumus voidaan päättää valimossa. Tilauksen yhteydessä voidaan sopia tietystä koostumuksesta ja myös lämpökäsittelytavasta. Standardissa vaaditaan ainoastaan, että matalan lämpötilan sovelluksiin, galvanoitavaksi tai vastaavaan jälkikäsittelyyn valmistettavien valujen fosforipitoisuus ei saa ylittää 0,10 %. SFS-EN 1563 mukainen pallografiittivalurauta tilataan lujuusominaisuuksien perusteella ja kemiallinen koostumus jätetään valimon harkittavaksi. Grafiittirakenteen tulee olla pääasiallisesti EN ISO standardin osoittamia muotoja V ja VI. Materiaalin grafiittirakenteen ja sitä ympäröivän matriisin muodon voi tarvittaessa sopia yksityiskohtaisesti tilauksen yhteydessä. Standardissa kerrotaan, että vaaditut mekaaniset ominaisuudet täyttyvät yleensä siinä tapauksessa, että vähintään 80 % grafiitista on muotoa V tai VI. Edellytyksenä on vielä, että matriisi vastaa standardin suosittelemaa rakennetta. SFS-EN 1564 mukaisen ausferriittisen pallografiittivaluraudan kemiallinen koostumus voidaan päättää valimossa. Grafiittirakenteen tulee olla pääasiallisesti EN ISO Tarkastusmenetelmät - 18

19 945-1 standardin osoittamia muotoja V ja VI. Vaatimukset materiaalin grafiittirakenteelle ja ympäröivälle matriisille voi tarvittaessa sopia yksityiskohtaisesti tilauksen yhteydessä. Matriisin tulee olla pääasiallisesti ferriittiä ja austeniittia. Martensiitin, bainiitin ja karbidien osuus tulee pitää mahdollisimman vähäisenä. Jos kappaleessa on muotoja, joihin saattaa liian hitaan jäähtymisen vuoksi muodostua perliittiä ja muita korkeissa lämpötiloissa muodostuvia kidemuotoja, tilauksen yhteydessä voidaan sopia niille enimmäismäärät. Samalla voidaan sopia, millä valukappaleen alueilla näitä kidemuotoja ei saa esiintyä. SFS-EN mukaisen kulumiskestävän valuraudan kemiallisen koostumuksen on täytettävä standardiin taulukoidut arvot. Valimo saa kuitenkin harkinnan mukaan lisätä seokseen muitakin kuin taulukoituja alkuaineita. Seostamattomilla tai niukasti seostetuilla laaduilla määrätään pitoisuusrajat seuraaville alkuaineille: C, Si, Mn ja Cr. Muilla laaduilla pitoisuusrajat koskevat alkuaineita C, Si, Mn, P, S, Ni ja Cr. Mikrorakenteen tutkimisesta, tutkittavista kohdista ja hyväksymiskriteereistä voidaan sopia tilauksen yhteydessä. Mikrorakenteen tutkimus voidaan tehdä valukappaleesta irti leikatulla koestuskappaleella. Se voidaan tehdä myös erillään, rinnakkain tai kiinni valetulla koestuskappaleella. Koestuskappaleen jähmettymis- ja jäähtymisolosuhteiden täytyy olla samanlaiset kuin tilaajan valitsemilla kohdilla valukappaleessa. Standardi antaa tietoa kulumiskestävien valurautalajien suositeltavista mikrorakenteista. SFS-EN mukaisten austeniittisten valurautojen kemiallisen koostumuksen tulee olla standardin taulukoiden mukainen. Seos saa sisältää muita kuin taulukoituja ainesosia, jos ne eivät vaikuta valuraudan rakenteeseen. Koostumuksesta voidaan poiketa erikseen sopimalla. Sopimalla voidaan muuttaa esimerkiksi taulukoitujen alkuaineiden pitoisuusrajoja. Standardissa on määrätty pitoisuusrajat seuraaville alkuaineille: C, Si, Mn, Ni, Cr, P ja Cu. Lajille EN-GJSA-XNiCrNb20-2 on annettu myös niobipitoisuuden normaaliarvot. Standardi ei määrää mikrorakenteesta. Se tutkitaan ainoastaan erikseen sovittaessa. Samalla sovitaan matriisin ja/tai grafiittirakenteen hyväksymiskriteereistä. Jos grafiittirakenne halutaan selvittää, se tehdään luokittelemalla muodot standardin EN ISO perusteella. SFS-EN mukaisen tylppägrafiittivaluraudan kemiallinen koostumus voidaan päättää valimon toimesta. Grafiittirakenteen tulee sisältää noin 80 % EN ISO standardin osoittamaa muotoa III. Erityisestä syystä voidaan sopia pienemmästä määrästä muotoa III, mutta määrä ei kuitenkaan saa olla pienempi kuin 70 %. Lopun grafiitin tulisi olla muotoja IV, V ja VI. Suomugrafiittia eli EN-ISO muotoja I ja II ei sallita muualla kuin kappaleen pintakerroksessa. Pintakerroksen paksuudesta voidaan sopia tilauksen yhteydessä. SFS-EN mukaisen niukkaseosteisen ferriittisen pallografiittivaluraudan pii- ja molybdeenipitoisuus on määrätty standardissa. Muusta koostumuksesta voidaan päättää valimossa. Pii- tai molybdeenipitoisuudesta voidaan kuitenkin poiketa tilauksen yhteydessä tehtävällä sopimuksella. Materiaalin grafiittirakenteen tulee olla pääasiallisesti EN ISO standardin osoittamia muotoja IV ja V. Vähintään 85 % matriisista tulee olla ferriittiä ja jäljelle jäävän osan perliittiä tai karbideja. Karbidien enimmäismääräksi on määritetty 5 %. Tarkemmasta pallografiittien IV ja V määrästä sekä matriisin muodosta voidaan sopia tilauksen yhteydessä Tarkastusmenetelmät - 19

20 Valuteräkset Valuteräksille on yleensä ilmoitettu kemiallinen koostumus, josta ei saa poiketa ilman erillistä sopimusta. Standardissa taulukoidut pitoisuusrajat koskevat pääsääntöisesti sulasta otettavaa näytettä. Jos kemiallinen analyysi pyydetään todentamaan valukappaleesta, sallituista poikkeamista täytyy sopia tilaajan ja valimon kesken. Sulasta otettavalle näytteelle pätee, mitä on kirjattu materiaalistandardeihin ja standardiin SFS-EN Mikrorakennevaatimuksia esitetään seuraavasti: Austeniittisille mangaanivaluteräksille voi vaatia tehtäväksi suositeltuun mikrorakenteeseen perustuvan tutkimuksen. Korroosionkestävien valuterästen materiaalistandardiin sisältyy raerajakorroosiovaatimus. Kaikille muille teräslajeille voi tilauksen yhteydessä sopia raerajakorroosiokoneen tekemisestä. Kaikille ferriittisille ja austeniittis-ferriittisille teräslajeille voidaan pyytää ferriittipitoisuustutkimus niiden muusta luokittelusta riippumatta. Valuterästen materiaalistandardit määräävät koostumuksesta ja mikrorakenteesta seuraavaa: Kaikkien SFS-EN 10213, SFS-EN 10283, SFS-EN 10293, SFS-EN 10295, SFS-EN ja SFS-EN mukaisten terästen kemiallisen koostumuksen on oltava standardissa taulukoidun mukainen. Muita kuin taulukoituja alkuaineita ei saa tarkoituksella lisätä seokseen lukuun ottamatta teräksen sulatuskäsittelyissä tarvittavia aineita. Standardista poikkeavasta koostumuksesta voidaan sopia tilauksen yhteydessä. SFS-EN mukaisten painelaiteterästen kemiallinen koostumus todennetaan kaikilla lajeilla seuraavien alkuaineiden osalta: C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo, Ni, Cu, N ja V. Osalle lajeista on lisäksi asetettu pitoisuusraja alkuaineille Sn, W ja Nb. Austeniittisten ja austeniittis-ferriittisten lajeille voidaan tilauksen yhteydessä sopia raerajakorroosion kestävyysvaatimukset. Vaatimukset sovitaan standardin SFS-EN ISO mukaisesti. Lajeille GP280GH ja G20Mn5 voidaan tilauksen yhteydessä sopia hiiliekvivalentin enimmäisarvo 0,45 %. Hiiliekvivalentti lasketaan kaavalla: Mn% Cr% Mo% V % Ni% Cu% CEV Lajille GX2CrNiMoN voidaan vaatia pistesyöpymäindeksin 3 vähimmäisarvoksi 40. SFS-EN mukaisten korroosionkestävien valuterästen koostumus todennetaan seuraavien alkuaineiden osalta: C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo, Ni, N, Cu, Nb, Ta ja W. Jokaiselle teräslajille ei ole taulukoitu kaikkien lueteltujen alkuaineiden pitoisuusrajaa. Austeniittisten lajien on oltava raerajakorroosionkestäviä. Ne tulee testata standardin SFS-EN ISO mukaisesti. Pistesyöpymäindeksistä 3 voidaan sopia tilauksen yhteydessä. SFS-EN mukaisten yleisten valuterästen koostumus todennetaan seuraavien alkuaineiden osalta: C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo, Ni, V ja W. Jokaiselle teräslajille ei ole taulukoitu kaikkien lueteltujen alkuaineiden pitoisuusrajaa. 3 Pi Cr% 3,3Mo% 16N% Tarkastusmenetelmät - 20

21 SFS-EN mukaisten tulenkestävien valuterästen koostumus todennetaan seuraavien alkuaineiden osalta: C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo, Ni, Nb, Co, W ja N. Jokaiselle teräslajille ei ole taulukoitu kaikkien lueteltujen alkuaineiden pitoisuusrajaa. SFS-EN mukaisten rakenneterästen koostumus todennetaan seuraavien alkuaineiden osalta: C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo, Ni, V, N ja Cu. Jokaiselle teräslajille ei ole taulukoitu kaikkien lueteltujen alkuaineiden pitoisuusrajaa. Austeniittisten ja austeniittis-ferriittisten lajien raerajakorroosiovaatimuksista voidaan sopia tilauksen yhteydessä. Testaus tehdään standardin SFS-EN ISO mukaisesti. SFS-EN mukaisille mangaanivaluteräksille tehdään mikrorakennetutkimus niin sovittaessa. Rakenne todennetaan vertailukuviin. Koostumus todennetaan seuraavien alkuaineiden osalta: C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo ja Ni. Jokaiselle teräslajille ei ole taulukoitu kaikkien lueteltujen alkuaineiden pitoisuusrajaa. Muut valumetalliseokset Kaikkien SFS-EN 1706 mukaisten alumiiniseosten, SFS-EN mukaisten sinkkiseosten, SFS-EN 1982 mukaisten kupariseosten ja SFS-EN 1753 magnesiumpohjaisten seosten analyysi on tiettyjen alkuaineiden osalta määrätty materiaalistandardeissa. Mikrorakennetta ei ole määritetty kaikissa standardeissa. Mikrorakenteen ja kemiallisen analyysin todentamisesta on määrätty seuraavaa: SFS-EN 1706 mukaisille alumiiniseoksille ja alumiiniseosvaluille voi pyytää kemiallisen analyysin standardissa taulukoiduille alkuaineille, joita ovat Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Ni, Zn, Pb, Sn ja Ti. Tarvittaessa analyysi voidaan ulottaa niihin epäpuhtausaineisiin ja/tai sulankäsittelyssä tarvittaviin aineisiin, joiden pitoisuusrajoista ei ole määrätty. Sulankäsittelyssä käytettäviä aineita ovat esimerkiksi Na, Sr, Sb ja P. Mikrorakennetta ei ole määritetty standardissa. SFS-EN 1753 mukaisille magnesiumseoksille ja magnesiumseosvaluille on taulukoitu pitoisuusrajat seuraaville alkuaineille: Al, Zn, Mn, Zr, Ag, Y, Li, Si, Fe, Cu ja Ni. Lisäksi on taulukoitu pitoisuus alkuaineseokselle, jota merkitään lyhenteellä RE, rare earth metals eli harvinaiset maametallit. Mikrorakennetta ei ole määritelty standardissa. SFS-EN 1982 mukaisille kupariseoksille ja kupariseosvaluille on taulukoitu pitoisuusrajat seosaineille sekä niille epäpuhtausaineille, joilla tiedetään olevan haitallinen vaikutus seoksen ominaisuuksiin. Seosaineet ja epäpuhtausaineiksi luettavat aineet vaihtelevat seoksesta ja seosryhmästä toiseen. Tilauksen yhteydessä voi tarvittaessa sopia myös taulukoimattomien epäpuhtausaineiden ja muiden alkuaineiden pitoisuusrajoista ja analysoinnista. Mikrorakennetta voidaan selvittää tarkemmin muutaman seoksen kohdalla: CuZn35Mn2Al1Fe1 -seokselle on määrätty alfa-faasin minimipitoisuus. Faasirakenne todennetaan materiaalistandardissa kuvatulla tavalla. Seoksista CuZn33Pb2Si ja CuZn35Pb2Al tehdyille kokilli- tai painevaluille on määrätty sinkinkadon syvyyden maksimiarvo. Sinkinkato todennetaan pyydettäessä standardin SFS-EN ISO 6509 mukaisesti. SFS-EN mukaisille sinkkiseosvaluille on taulukoitu pitoisuusrajat seuraaville alkuaineille: Al, Cu, Mg, Cr, Ti, Pb, Cd, Sn, Fe, Ni ja Si. Standardissa ei esitetä muita vaatimuksia kuin että valukappaleesta tehdyn analyysin tulisi olla taulukoiden mukainen. Mikrorakennetta ei ole määritelty standardissa Tarkastusmenetelmät - 21

22 Kemiallisen koostumuksen ja mikrorakenteen analysointimenetelmät Kemiallisen koostumuksen analysointi. Kemiallisen koostumuksen analysointiin sopivia menetelmiä ovat optinen emissiospektrometria (OES) ja röntgensädefluoresenssi (XRF). Emissiospektrometrinen menetelmä perustuu atomien taipumukseen emittoida sähkömagneettista säteilyä korkean lämpötilan vaikutuksesta. Emissiospektrometri kohdistaa analysoitavaan pintaan voimakkaan sähköisen tai sähkömagneettisen impulssin, joka saa pienen osan pinnassa olevaa ainetta kuumenemaan voimakkaasti siten, että se höyrystyy yksittäisiksi atomeiksi ja ioneiksi. Jos impulssi on ollut riittävän voimakas, höyry emittoi sähkömagneettista säteilyä (valoa), joka johdetaan emissiospektrometrin sisällä olevaan optiseen analyysilaitteistoon. Atomi- ja ionihöyrystä emittoitunut säteily koostuu eri aallonpituuksista. Jokaisella alkuaineella on tyypillinen aallonpituusjakauma. Spektrometrin sisältämä optinen analyysilaitteisto jakaa sähkömagneettisen säteilyn spektriksi ja analysoi jakaumat tietokoneohjatusti. Jakaumista ja niiden voimakkuudesta voidaan päätellä höyrystyneen aineen koostumus ja pitoisuudet. Seuraavassa kuvassa (Kuva 5) esitetään SPECTRO-tuotemerkillä 4 myytävän optisen emissiospektrometrin periaate. Periaatekuva on laadittu liikuteltavaa laitetta varten. Laitteessa on kädessä pideltävä anturiosa, joka on yhdistetty impulssintuottoyksikköön ja tietokonelaitteistoon. Impulssintuottoyksikkö (1.) tuottaa anturin (2.) kautta sähköimpulssin analysoitavaan materiaaliin. Höyrystyneen aineen emittoima säteily johdetaan vahvistimen (3.) kautta hilalle (4.), joka jakaa säteilyn spektriksi CCD-tunnistimien (5.) avulla tapahtuvaa spektrijakaumaanalyysia varten. Jakauman analysointi ja tulosten käsittely tapahtuu tietokonelaitteistossa (6.). Kuva 5. Liikuteltavan optisen SPECTRO emissiospektrometrin periaate. 1.) Impulssintuottoyksikkö 2.) Anturiosa 3.) Vahvistin 4.) Hila 5.) CCD-tunnistimet 6.) Tietojen käsittely ja analysointi Tarkastusmenetelmät - 22

23 Toinen metallien koostumuksen analysointiin yleisesti käytettävistä menetelmistä on röntgensädefluoresenssimenetelmien alalaji, energiadispersiivinen menetelmä (ED-XRF) tai sen kehittyneempi muoto, jossa röntgensäteet polarisoidaan tai muunnetaan mittaustarkkuuden parantamiseksi. Jälkimmäinen menetelmä on nimeltään energiadispersiivinen polarisoitu röntgensädefluoresenssimenetelmä (ED-P-XRF). Menetelmiä voi käyttää kaikille alkuaineille aivan kevyimpiä aineita lukuun ottamatta. Kevyiden alkuaineiden emittoima säteily on voimakkuudeltaan liian heikkoa XRF-menetelmällä mitattavaksi. Käytännössä XRF-laitteilla on mahdollista analysoida alkuaineita järjestysnumeroilla Ulkopuolelle jäävät siis vety, helium, litium, beryllium, boori, hiili, typpi, happi, fluori ja neon. Röntgensädefluoresenssimenetelmät perustuvat lyhytaaltoisen säteilyn taipumukseen ionisoida atomeja. Osa röntgensäteistä absorboituu tutkittavan aineen atomien sisälle, osa kulkee niiden läpi. Atomin sisälle absorboitunut säteily irrottaa elektronin joltain sen sisemmistä kuorista, jolloin atomin tila muuttuu epästabiiliksi. Stabiili tila pyrkii palautumaan siten, että atomin ulommalta elektronikuorelta siirtyy elektroni sisemmän kuoren tyhjäksi jääneelle paikalle. Ulommalla kuorella olevien elektronien energiataso on suurempi kuin sisemmällä kuorella olevien elektronien. Ylimääräinen energia poistuu siirtymisen yhteydessä fluoresenssisäteilynä. Säteily on sitä voimakkaampaa mitä suurempi etäisyys elektronikuorien välillä on. Kevyiden, kaksi tai kolme elektronikuorta omaavien alkuaineiden fluoresenssisäteilyn energia on pieni ja sen mittaaminen on hankalaa. Fluoresenssisäteilyn aallonpituus ja voimakkuus riippuu lähettävän atomin rakenteesta. Energiadispersiivisessä menetelmässä ionisoituneiden atomien tuottama säteily johdetaan eteenpäin puolijohdekennoon, joka muuttaa säteilyn sähköimpulsseiksi. Sähköimpulssien lukumäärän ja voimakkuuden perusteella päätellään röntgensäteille altistuneen aineen koostumus ja pitoisuudet. Energiadispersiivistä röntgensädefluoresenssimenetelmää on kehitetty lisäämällä röntgenputken ja analysoitavan näytteen väliin säteitä polarisoivia kohtioita tai sekundaarikohtiota. Sekundaarikohtion tehtävänä on emittoida analysoitavalle näytteelle sopivaa sähkömagneettista säteilyä, sekundaarisäteilyä. Sekundaarisäteily emittoi näytteestä sähkömagneettista säteilyä vastaavalla tavalla kuin näytteeseen suoraan kohdistettu tai polarisoitu röntgensäteily. Seuraavassa kuvassa esitetään periaate SPECTRO-tuotemerkillä 5 myytävästä ED-P-XRFlaitteistosta (Kuva 6). Röntgensädegeneraattori (1.) tuottaa säteilyä, joka johdetaan röntgenputken (2.) ja kohtioiden (8.) kautta analysoitavaan näytteeseen (6.). Näytteeltä tuleva säteily johdetaan Si(Li)-puolijohdeanturille (7.) sekä edelleen pulssilaskurille (5.) ja tietokonelaitteistoon (9.). Korkeajännitelähde (3.) pitää yllä Si(Li)-anturin jännitettä. Jännite pidetään 1 kv tasolla. Tyhjölaitteisto (4.) pitää kohtiot, näytteet ja puolijohdeanturin tyhjiössä, jotta röntgensäteiden häviöt pysyvät mahdollisimman pieninä Tarkastusmenetelmät - 23

24 Kuva 6. SPECTRO-tuotemerkillä myytävän energiadispersiivisen polarisoidun röntgensädefluoresenssilaitteiston periaate. 1.) Röntgensädegeneraattori 2.) Röntgenputki 3.) Korkeajännitelähde 4.) Tyhjölaitteisto 5.) Pulssien prosessointi 6.) Näyte 7.) Si(Li) puolijohdeanturi 8.) Kohtiot 9.) PC, MCA, tulostin Raerajakorroosio. Raerajakorroosiokoetta käsitellään standardissa SFS-EN ISO Ruostumattomien terästen raerajakorroosionkestävyyden määrittäminen: Osa 2: Ferriittiset, austeniittiset ja ferriittis-austeniittiset (duplex) teräkset. Rikkihappokoe. Standardi määrittää kolme koemenetelmää: menetelmä A: 16 % rikkihappo-kuparisulfaattikoe (Monypenny Straussin koe) menetelmä B: 35 % rikkihappo-kuparisulfaattikoe menetelmä C: 40 % rikkihappo-rautasulfaattikoe Menetelmä valitaan tutkittavan teräksen koostumuksen perusteella. Standardi antaa valintaan ohjeistuksen. Raerajakorroosiokoetta varten valmistetaan aluksi menetelmän A, B tai C mukainen korroosioliuos, johon tutkittavat koekappaleet upotetaan. Korroosioliuos kuumennetaan kiehuvaksi ja sen lämpötilaa ylläpidetään 20 ± 5 h ajan. Ajanjakson kuluttua koekappaleilta taivutetaan 90 tuurnaa vasten. Tuurnan säde saa olla enintään kaksi kertaa koekappaleen paksuuden suuruinen. Taivutettua koekappaletta tutkitaan pienellä, noin kymmenkertaisella suurennoksella. Raerajakorroosio ilmenee taivutetussa kappaleessa pieninä hiusmurtumina. Epäselvissä tapauksissa tehdään metallografinen tutkimus, jolla selvitetään murtumasyvyys ja murtumien laatu Tarkastusmenetelmät - 24

25 Pinnankarheuden ja pintavikojen silmämääräinen tarkastus Pinnankarheuden ja pintavikojen luokittelussa käytetään standardia SFS-EN 1370:en Founding. Examination of surface condition. Se on tarkoitettu kestomuottimenetelmiä lukuun ottamatta kaikille valumateriaaleille ja valumenetelmille. Standardin mukainen silmämääräinen tarkastus suoritetaan BNIF 359 ja SCRATA vertailupalojen avulla. Pinnankarheutta voidaan arvioida myös mittalaitteilla, kunhan valun ostajan ja valimon kesken sovitaan mittauksen ehdoista. SCRATA -vertailupaloja myy Castings Technology International, CTI. BNIF 359 vertailupalat ja valokuvat ovat ranskalaiseen CTIF-organisaatioon kuuluvan standardointijaoston, Bureau de Normalisation des industries de la Fonderie, BNIF, kehittämät. Pinnankarheus Pinnankarheus luokitellaan erikseen valutilaiselle, hiotulle ja polttoleikatulle pinnalle. Luokat on esitetty jäljempänä olevassa taulukossa (Taulukko 11). Kumpikaan vertailupalasarjoista ei kata kaikkia menetelmiä. BNIF 359 sarjan luokat 4/0 1/0 ovat saavutettavissa vain erittäin hyvää pinnanlaatua tuottavilla valumenetelmillä. 4/0 esittää kaikkein hienointa pintaa ja 1/0 tämän sarjan huonointa (Kuva 8). SCRATA laatuluokissa ei ole näitä hienoja pinnankarheusluokkia lainkaan. Luokat BNIF 1 8 ja SCRATA 1 5 ovat vertailukelpoisia. Sekä valettujen että hiottujen pintojen pinnankarheus suurenee numeron kasvaessa (Kuva 7 - Kuva 12). Luokiteltavan pinnan tule olla parempi tai ainakin yhtä hyvä kuin vaaditun laatuluokan vertailupalan. Tarkastettavat pinnat ja/tai tarkastettavat valukappaleen kohdat täytyy sopia yhdessä asiakkaan ja valimon kesken. Asiakkaan tulee kirjata pinnakarheusvaatimus selkeästi jo tarjouspyynnössä, jotta valimo pystyy varautumaan riittävän pinnanlaadun tuottaviin menetelmiin ja laskemaan kustannukset perustellusti. Standardi SFS-EN 1370 ei anna ohjeita laatuluokkien merkitsemisestä piirustuksiin ja muihin dokumentteihin. Ne voidaan merkitä esimerkiksi seuraavalla tavalla: BNIF 359: laatuluokka, valutilaisen pinnan tunnus S1, väliviiva, laatuluokka, hiotun pinnan tunnus S2. (Esimerkki: BNIF 359: 3 S1-4 S2) tai SCRATA: valutilaisen pinnan tunnus: A, laatuluokka, väliviiva, hiotun pinnan tunnus: H, laatuluokka, väliviiva, erikoiskäsitellyn pinnan tunnus: G, laatuluokka. (Esimerkki: SCRATA: A1 - H1 - G1) Jos pinnankarheus määritetään mittalaitteen avulla, täytyy tilausvaiheessa sopia tarkastettavat pinnat samalla tavoin kuin vertailupaloja käytettäessä. Sen lisäksi on sovittava käytettävä menetelmä, mitattavat parametrit ja hyväksyttävät mittausarvot Tarkastusmenetelmät - 25

26 Taulukko 11. Pinnankarheusluokat standardissa SFS-EN Pinnankarheus Ra (μm) suuntaa antava arvo Valumenetelmä Mekaaninen käsittely Termomekaaninen käsittely BNIF SCRATA Menetelmä BNIF SCRATA Menetelmä BNIF SCRATA Menetelmä Hienoin 0,8 2/0 S2 Erittäin hieno hionta 1,6 3/0 S1 - Tarkkuusvalu 1/0 S2 Hieno hionta 3,2 2/0 S1 - Kuorimuottivalu 1 S2 Normaalikarkeuksinen hionta 6,3 1/0 S1-2 S2 Normaalia karkeampi hionta 1 S1 A1 3 S2 12, S1 3 S1 4 S1 5 S1 A2 A3 - - Tuorehiekkaan tai kylmänä kovettuvaan hiekkaan kaavatut pienet-keskisuuret valukappaleet Tuorehiekkaan tai kylmänä kovettuvaan hiekkaan kaavatut keskisuuret-suuret valukappaleet 4 S2 5 S2 H1 H3 H4 Karkea hionta Erittäin karkea hionta 1 S3 G1 G2 Hieno polttoleikkaus 2 S3 6 S1 7 S1 A4 - Suurten valukappaleiden hiekkavalu H5 3 S3 G3 Karkea polttoleikkaus 4 S3 G S1 A5 Karkein SCRATA A1, kuorimuotti, tuorehiekka tai pieni-keskisuuri kappale kemiallisesti kovetettuun hiekkaan SCRATA A2 pieni-keskisuuri kappale kemiallisesti kovetettuun hiekkaan Kuva 7. SCRATA vertailupalasarjan osat A1 ja A Tarkastusmenetelmät - 26

27 BNIF 4/0 S1 Kestomuottivalu BNIF 3/0 S1 Tarkkuusvalu BNIF 2/0 S1 Tarkkuusvalu tai kuorimuottivalu Kuva 8. BNIF vertailupalasarjan kolme hienointa valupinnan pinnankarheuden vertailupintaa BNIF 4/0 S1, BNIF 3/0 S1 ja BNIF 2/0 S1. BNIF 2/0 S2 Erittäin hieno hionta BNIF 1/0 S2 Hieno hionta Kuva 9. BNIF vertailupalasarjan kaksi hienointa hiotun pinnan vertailupintaa BNIF 2/0 S2 ja BNIF 1/0 S Tarkastusmenetelmät - 27

28 BNIF 1 S1 Kuorimuottivalu, tuorehiekkaan tai kemiallisesti kovetettuun hiekkaan kaavatut pienet-keskisuuret valut BNIF 2 S1 Tuorehiekkaan tai kemiallisesti kovetettuun hiekkaan kaavatut pienet-keskisuuret valut BNIF 3 S1 Tuorehiekkaan tai kemiallisesti kovetettuun hiekkaan kaavatut pienet/keskisuuretkeskisuuret/suuret valut BNIF 4 S1 Tuorehiekkaan tai kemiallisesti kovetettuun hiekkaan kaavatut keskisuuret-suuret valut Kuva 10. BNIF vertailupalasarjan valetun pinnan vertailupintoja: BNIF 1 S1, BNIF 2 S1 BNIF 3 S1 ja BNIF 4 S Tarkastusmenetelmät - 28

29 BNIF 5 S1 Tuorehiekkaan tai kemiallisesti kovetettuun hiekkaan kaavatut keskisuuret-suuret valut BNIF 6 S1 Tuorehiekkaan tai kemiallisesti kovetettuun hiekkaan kaavatut keskisuuret-suuret valut sekä suuret hiekkavalut BNIF 7 S1 Suuret hiekkavalut BNIF 8 S1 Suuret hiekkavalut Kuva 11. BNIF vertailupalasarjan valetun pinnan vertailupintoja: BNIF 5 S1, BNIF 6 S1 BNIF 7 S1 ja BNIF 8 S Tarkastusmenetelmät - 29

30 BNIF 1 S2 Normaalikarkeuksinen hionta BNIF 3 S2 Normaalia karkeampi hionta BNIF 4 S2 Karkea hionta BNIF 5 S2 Karkea hionta Kuva 12. BNIF vertailupalasarjan hiotun pinnan vertailupintoja: BNIF 1 S2, BNIF 3 S2 BNIF 4 S2 ja BNIF 5 S Tarkastusmenetelmät - 30

31 Pintaviat Pintavikojen silmämääräinen tarkastus tapahtuu SCRATA vertailupalojen avulla. Standardissa määritellään vikatyypistä riippuen 2-4 laatutasoa. Laatutaso 1 on vaativin. Standardin määrittelemät 6 vikatyyppiä ovat: pintasulkeumat (B), kaasuhuokoisuus (C), kylmäpoimut ja saumat (D), kuoriutumat (E), keernatuet (F) ja hitsit (J). Standardi ei määrittele laatuvaatimuksen merkintätapaa (esim. piirustukseen), mutta seuraavanlaista merkintää suositellaan: SFS-EN 1370: Laatutaso 2 tai SFS-EN 12454: B2-C3-D2-J2- (E ja F: Ei sallita). Seuraavassa kuvassa (Kuva 13) on neljä esimerkkiä SCRATA vertailupalasarjan pintavikoja esittävistä osista. SCRATA B5 Pintasulkeumat SCRATA C4 Kaasuhuokoisuus SCRATA D5 Kylmäpoimut ja -saumat SCRATA F3 Keernatuet Kuva 13. Esimerkkejä SCRATA vertailupalasarjan pintavikoja esittävästä osasta Tarkastusmenetelmät - 31

32 Muut pintavikojen tarkastusmenetelmät Magneettijauhetarkastus Magneettijauhetarkastuksessa tarkastettava kappale magnetoidaan samalla kun sen pinnalle levitetään kantajanesteen seassa rautajauhetta. Kun kappale magnetoidaan, jakautuvat magneettiset voimaviivat tasaisesti kappaleen poikkipinnassa, pyrkien pysymään aineen hyvän magneettisen läpäisykyvyn eli permeabiliteetin ansiosta kappaleen sisällä. Jos magneettivuolle tulee este kappaleen vian takia, kulkee osa vuosta esteen alta, osa läpäisee vian ja osa pyrkii etenemään ilman kautta. Rautahiukkaset kerääntyvät magneettikentän häiriöiden ohjaamina vikakohtiin, jolloin ne voidaan havaita visuaalisesti. Tyypillisiä menetelmällä paljastuvia vikoja ovat huokoset ja säröt pinnalla tai välittömästi sen alla. Menetelmä on tarkka, jos tarkastettava pinta on sileä. Menetelmästä löytyy erilaisia kombinaatioita magnetointitavasta (ies-, kela- tai virtamagnetointi), rautajauheen levitystavasta (vesi tai öljy) tai sen havainnoimistavasta (värillinen tai fluoresoiva rautajauhe) riippuen. Värillistä rautajauhetta tarkastellaan normaalissa valaistuksessa valkoiseksi maalattua pohjaa vastaan. Fluoresoivaa rautajauhetta tarkastellaan ultraviolettivalolla himmennetyssä tilassa. Magneettijauhetarkastukseen on olemassa standardi SFS-EN 1369 Founding. Magnetic particle testing. Standardi koskee ferromagneettisia rauta- ja teräsvaluja kaavausmenetelmästä riippumatta. Standardi rajoittuu koskemaan vain niitä valuja, jotka on määrätty tarkastettavaksi ja niitä valukappaleen osia, jotka on määrätty tarkastettavaksi. Tarkasteltavan pinnan karheusvaatimuksista tulee sopia, koska tavallisesta hiekkavaletusta valupinnasta ei kovin pieniä (pienimmillään n. 3 mm särö) vikoja pysty havaitsemaan. Standardi edellyttää, että tilauksen yhteydessä sovitaan vähintään seuraavat kohdat: missä valmistusvaiheessa tarkastus suoritetaan tarkastajien pätevöinti tarkastettavien alueiden pinnan viimeistely voidaanko magnetointi tehdä vain yhdessä suunnassa menetelmä demagnetointi sallitut vikatyypit ja laatuluokat (tarkastettavilla alueilla) Magneettijauhetarkastuksen laatuluokat Tutkittavan valun laatuluokka määritetään tarkastelemalla yhtä 105mm x 148mm (A6)- kokoista aluetta kerrallaan. Vaatimusten pitää täyttyä valukomponentin jokaisella A6- kokoisella alueella. Käytännössä suositetaan käytettäväksi A6-kokoisen kehyksen sijoittamista kappaleen sellaiseen kohtaan, jossa on eniten vikoja. Kappaleen pinta-alan ollessa pienempi kuin A6 vähennetään vikasummaa vastaavasti. Standardin vertailukuvat ovat vain informatiivisia ja varsinaisen arvioinnin tulee tapahtua laskemalla tarkastusalueella olevien näyttämien pinta-alojen ja pituuksien summat Tarkastusmenetelmät - 32

33 Valupintojen laatuluokat ja niiden hyväksymisrajat määritellään erikseen kolmelle erityyppiselle vikanäyttämälle: Epälineaariset näyttämät (SM) Lineaariset näyttämät (LM) Jonomaiset näyttämät (AM) Valupinnat voidaan luokittaa erikseen kaikkien näiden mukaan, ja kaikilla näyttämätyypeillä voi olla eri laatuluokka. Lineaaristen ja jonomaisten näyttämien kohdalla laatuluokissa otetaan huomioon myös tarkasteltavan kohdan seinämänpaksuus. Samassa laatuluokassa eri seinämänpaksuudella hyväksytään erikokoisia näyttämiä, siten, että suurimmalla paksuusalueella sallitaan huomattavasti suurempia näyttämiä kuin pienimmällä paksuusalueella. Paksuusalueet on jaettu kolmeen paksuusalueeseen: t <= 16 mm 16 mm < t <= 50 mm t > 50 mm Näyttämät on luokiteltu yhteensä 7 laatuluokkaan: esimerkiksi epälineaariset näyttämät SM1- SM5 (SM5 huonoin) ja erikoislaatuluokat SM 001 & SM 01. SM1-SM5 tulevat kysymykseen konventionaalisten koneenosien laatuluokittelussa. Tunnukset Laatuvaatimukset piirustuksiin tai muihin dokumentteihin merkitään seuraavasti: Näyttämätyypin tunnus, laatuluokan numero, seinämän paksuusalueen tunnus (a, b tai c), jos halutaan korostaa seinämän paksuusaluetta. Selvyyden vuoksi suositellaan, että myös standardin numero merkitään tunnusten eteen. Esim.: EN 1369: SM3 - LM2a - AM2 Tunkeumanestetarkastus Tunkeumanestetarkastuksessa tarkastettava kappale maalataan tai kastetaan tunkeumanesteeseen, jonka annetaan vaikuttaa muutaman minuutin. Tämän jälkeen neste poistetaan ja pinta käsitellään kehitemaalilla, joka värjäytyy vikojen kohdalla tunkeumanestejäämien vaikutuksesta. Yleensä tällaisten jäämien värjäämät näyttämät osoittavat pintavikoja, koska ensimmäisessä vaiheessa tunkeumaneste tunkeutuu pinnan huokosiin ja muihin vikoihin. Tunkeumanestetarkastusta voidaan käyttää pintaan asti ulottuvien vikojen havaitsemiseen myös ei-magneettisissa kappaleissa. Näin ollen sitä voidaan käyttää magneettijauhetarkastuksen ohella. Lisäksi tunkeumanestetarkastus on halpa menetelmä, ja oikein käytettynä sillä saavutetaan useimmissa tapauksissa riittävä varmuus ja tarkkuus. Menetelmä on sitä tarkempi, mitä sileämpi tutkittava pinta on. Kuva 14. Tunkeumanestetarkastus. Tutkittavan kappaleen pinnalle suihkutetaan vaaleaksi kuivuvaa kehitenestettä, jota vasten halkeamiin tunkeutunut väriaine erottuu Tarkastusmenetelmät - 33

34 Valupintoja voidaan laatuluokittaa tunkeumanestetarkastuksella standardien SFS-EN Founding. Liquid penetrant testing Part 1: Sand, gravity die and low pressure die castings ja SFS-EN Valut. Tunkeumanestetarkastus. Osa 2: Tarkkuusvalut avulla. Ne koskevat (lukuun ottamatta kupari-tina ja/tai kupari-tina-lyijyseoksia, joissa kupari on pääaineosana) kaikkia valumetalleja ja kaikkia muita valumenetelmiä paitsi painevalumenetelmää. Standardi edellyttää, että tilauksen yhteydessä sovitaan mm. seuraavat kohdat: missä valmistusvaiheessa tarkastus suoritetaan tarkastajien pätevöinti sallitut vikatyypit ja laatuluokat (tarkastettavilla alueilla) Kuva 15. Tunkeumanesteillä löydettävien pintavikojen perustyypit. a) painauma b) leveä halkeama c) kapea halkeama d) huokonen e) vuotokohta Tunkeumanestetarkastuksen laatuluokat Tunkeumanestetarkastusstandardien osat 1 ja 2 eroavat toisistaan laatuluokan määrittämiseen käytettävän vertailupinta-alan osalta. Hiekka-, kokilli- ja matalapainevalujen tarkastuksessa käytetään vastaavan kokoista pinta-alaa kuin magneettijauhetarkastuksessakin eli 105 mm x 148 mm (A6). Tarkkuusvaluilla käytetään neliönmuotoista 25 x 25 mm:n kokoista vertailupinta-alaa. Vaatimusten pitää täyttyä valukomponentin jokaisella tarkasteltavan vertailupinta-alan kokoisella alueella. Käytännössä suositetaan kehyksen sijoittamista kappaleen sellaiseen kohtaan, jossa on eniten vikoja. Kappaleen pinta-alan ollessa pienempi kuin vertailupinta-ala vähennetään vikasummaa vastaavasti. Valupintojen laatuluokat ja niiden hyväksymisrajat määritellään erikseen 4 erityyppiselle vikanäyttämälle: Epälineaariset erilliset näyttämät (SP) Epälineaariset näyttämäryhmät (CP) Jonomaiset näyttämät (AP) Lineaariset näyttämät (LP) Valupinnat voidaan luokittaa erikseen kaikkien näiden mukaan, ja kaikilla näyttämätyypeillä voi olla eri laatuluokka. Lineaaristen ja jonomaisten näyttämien kohdalla myös seinämänpaksuus huomioidaan. Samassa laatuluokassa eri seinämänpaksuudella hyväksytään erikokoisia näyttämiä, siten, että suurimmalla paksuusalueella sallitaan huomattavasti suurempia näyttämiä kuin pienimmällä paksuusalueella Tarkastusmenetelmät - 34